Ksenobiotyki – substancja obca o potencjalnie toksycznym działaniu. Nie jest naturalnym składnikiem pożywienia, dostaje się do organizmu z zewnątrz. Nie ulega metabolizmowi takiemu, jakiemu ulegają naturalne składniki pożywienia.

Czynniki wpływające na działanie ksenobiotyków:

- budowa chemiczna

- właściwości fizykochemiczne

- czynniki biologiczne

- czynniki środowiskowe

- pochodzenie

Szkodliwe działanie substancji chemicznych jest trudne do przewidzenia, gdyż występuje kilka czynników mających wpływ na toksyczność. Efektem może być pogłębienie lub zmniejszenie toksyczności.

Co powodują substancje toksyczne?

- toksyczność (blokada enzymów)

- konieczność metabolizowania i wydalania

Całość procesów (los substancji obcych w organizmie) nazywamy metabolizmem ksenobiotyków. Błędem jest ograniczenie tego pojęcia do biotransformacji.

Procesy metabolizmu ksenobiotyków:

- wchłanianie

- rozmieszczenie

- przemiany biochemiczne (biotransformacja)

- wydalanie

W metabolizmie ksenobiotyków biorą udział:

- procesy transportu (wchłanianie, dystrybucja, wydalanie), w których substancje przechodzą przez błony biologiczne

- procesy biotransformacji, gdzie w przemianach enzymatycznych lub nieenzymatycznych ksenobiotyku ulegają przekształceniu do metabolitów

Metabolizm ksenobiotyków:

- rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowe) – wydalane w postaci pierwotnej

- lipofilowe są usuwane pod wpływem soków trawiennych lub mogą ulec metabolizmowi

wzrost polarności → wzrost jonizacji → wzrost rozpuszczalności → ułatwianie wydalania → obniżona toksyczność

Wpływ budowy chemicznej i właściwości fizycznych na toksyczność ksenobiotyków

Grupy funkcyjne (karboksylowe, metaksylowe, sulfonowe, ?) powodują zmniejszenie toksyczności ksenobiotyków)

grupa hydroksylowa – zmniejsza działanie narkotyczne, kilka grup może całkowicie znieść toksyczność związku

W związkach aromatycznych wprowadzenie grupy –OH będzie podnosiło toksyczność związku

Benzen + -OH = fenol

Grupy nitrowe i nitrozowe występują w związkach alifatycznych i aromatycznych. Grupa nitrowa ma różną toksyczność. Jeżeli jest połączenie bezpośrednie z węglem to toksyczność będzie większa. Jeżeli nie jest przez tlen to toksyczność będzie mniejsza.

Grupy aminowe będą również zwiększały toksyczność związków

Rodnik nitrylowy – jego toksyczność jest znaczna gdy łatwo odłącza się od związku, gdy rozłącza się trudniej to jego toksyczność jest mniejsza.

Fluorowce w związkach alifatycznych mogą zwiększać działanie narkotyczne (chloroform). Wprowadzenie kolejnego atomu chloru nie zwiększy jego toksyczności.

W związkach aromatycznych chlor będzie zwiększał rozpuszczalność w wodzie. Może działać drażniąco.

Wprowadzenie atomów chloru do heksanu zwiększa jego toksyczność.

Fluor, jod i brom po przyłączeniu do cząsteczki zwiększają jej toksyczność (tam gdzie się łatwo rozwiązują), tam gdzie trwale są powiązane, dodanie kolejnego atomu fluorowca nie zwiększy toksyczności.

Wraz ze wzrostem ilości atomów węgla zwiększa się działanie toksyczne (wiąże się to z rozpuszczalnością), przy 10-ciu atomach węgla zmniejsza się działanie toksyczne.

W przypadku aldehydów alifatycznych działanie drażniące wzrasta wraz ze wzrostem ilości atomów węgla w cząsteczce. Wyjątek to aldehyd mrówkowy (jego toksyczność wynika z wysokiej aktywności chemicznej).

Toksyczność związków wzrasta w przypadku przekształcenia z postaci łańcuchowej w cykliczną.

Propan →cyklopropan

Działanie narkotyczne jest silniejsze w związkach alifatycznych nierozgałęzionych.

W przypadku benzenu połączenie podstawników w pozycji orto sprawia że takie związki są mało toksyczne. Najsilniejsze działanie toksyczne wykazują te pochodne które mają dostawniki w położeniu para.

Toksyczność fluorowców maleje wraz ze wzrostem masy atomowej, (odwrotnie w przypadku berylowców). W związkach nieorganicznych na toksyczność wpływa stopień utlenienia np. chrom, arsen.

Na toksyczność związków może wpływać stan rozdrobnienia. Substancje toksyczne mogą ulegać rozkładowi (reakcje toksykodynamiczne). Temperatura i wilgoć potęgują rozkład.

Rozkład niekiedy może działać korzystnie na związki chemiczne (cyjanek sodu, potasu).

Biotransformacja – szereg przemian biochemicznych, którym ulegają ksenobiotyki. Najczęściej enzymatyczne, mające na celu polaryzację ksenobiotyków by były łatwiej rozpuszczalne.

I – pierwsza faza biotransformacji – wprowadzenie ugrupowania polarnego lub usunięcie grupy alkilowej

II – druga faza biotransformacji – ksenobiotyk łączy się ze związkami endogennymi które są dobrze rozpuszczalne w wodzie: z kwasem glukuronowym, siarkowym, glutationem, aminokwasami. Skutkiem może być detoksykacja bądź aktywacja (demetylacja kofeiny do morfiny)

Reakcje I fazy biotransformacji:

Reakcje mikrosomalne oksydacyjno – redukcyjne – są to procesy utleniania i redukcji w których bierze udział para elektronów, efektem mogą być trwałe metabolity.

W reakcji utleniania 1 atom tlenu jest włączany do substratu a drugi bierze udział w tworzeniu cząsteczki wody. Przy reakcjach utleniania dużą rolę odgrywają enzymy P-450.

Reakcje hydroksylacji – przyłączenie grupy –OH do ksenobiotyku

Reakcja epoksydacji – przyłączenie atomu tlenu między dwoma atomami węgla w układzie nienasyconym

Cytochrom P-450 też może brać udział w epoksydacji, produkty epoksydacji mogą ulegać utlenianiu przy udziale P-450. Toksyczność będzie mniejsza. Epoksydy są bardzo toksyczne.

Hydratacja epoksydów – powstają diole (mniej toksyczne).

Dealkilacja polega na zastąpieniu grupy –CH₃ wodorem

Utlenianie pierwiastków w innych niż węgiel (S,P,N), produkty utleniania są bardziej toksyczne niż substraty. Paration → paraokson

Reakcje pozamikrosomalne:

Utlenianie alkoholi – odpowiedzialna jest dehydrogenaza alkoholowa, etanol → aldehyd octowy → kwas octowy

Reakcje hydrolizy – ulegają jej estry, amidy, karbominiany, apoksydy (mniej lub bardziej toksyczne).

Reakcje biotransformacji fazy II:

1.Sprzęganie z kwasem glukulorowym – reakcje glukoronidacji przeważają w tej fazie biotransformacji.

Jeśli dochodzi do sprzężenia z grupą ? powstaje glukuronid o charakterze eteru.

Sprzęganie z glukationem – najczęściej związek sprzężony ulega dalszym reakcjom które są łatwo wydalane wraz z moczem.

Glukation może także brać udział w wiązaniu epopsydów i wolnych rodników.

Sprzęganie z siarczanem – zachodzą przy udziale enzymów tzw. Sulfotransferaz (PABS), są to zazwyczaj reakcje detoksykacji, produkty sprzęgania ksenobiotyków z PABS są najczęściej wydalane z moczem.

2.Acylacja – zachodzi przy udziale acetylotransferaz, reakcje acylacji prowadzą do powstawania produktów gorzej rozpuszczalnych w wodzie niż w związek wyjściowy

3. Reakcja metylacji – zachodzi przy atomie azotu lub przy fenolowych grupach hydroksylowych, donorem grupy –CH₃ jest tzw. Aktywny metyl (SAM). Reakcja ta nie zwiększa rozpuszczalności związku wyjściowego.

4. Sprzęganie z aminokwasami – dobra rozpuszczalność w wodzie, transport aktywny w kanalikach nerkowych, np. glicyna, ornityna, glutamina.

Związki endokrynne (EDS):

- zmieniają funkcje wydzielania hormonalnego → negatywne skutki (problemy z prokreacją, alergie, ADHD, ronienia)

- mogą „naśladować” hormony i ich działanie

- mogą blokować działanie hormonów

- mogą wpływać na syntezę hormonów, wydzielanie, transport, wiązanie, działanie

- eliminacje hormonów endogennych

- zachowanie się osobników

Grupy EDS:

- fitoestrogeny

- ksenoestrogeny

- mikoestrogeny

Fitoestrogeny:

- lignany (obecne w nasionach lnu, słonecznika, zbóż, warzywach, owocach, kawie, zielonej herbacie)

- stilbeny (drzewa iglaste, orzeszki ziemne, rabarbar)

- flawonoidy (soja, strączkowe, czerwona koniczyna)

Mikoestrogeny:

- zaralenon, αzaralenol (grzyby z rodz. Fusarium – spleśniałe zboża)

Ksenoestrogeny:

- leki

- dioksyny

- polichlorowane naftaleny

- pestycydy

- metale ciężkie

- alkilofenole

DES – dietylostilbestrol

- podawany był kobietom bezpłodnym

- u zwierząt zwiększał produktywność

- u młodych kobiet powodował nowotwory

- dzieci rodziły się chore, słabe, zmutowane

TZO (trwałe zanieczyszczenia organiczne):

- bardzo trwałe w środowisku

- mogą migrować i kumulować się (DDT, nawozy)

Bisfenol A:

- utrwalacz

- zaburzenia układu rozrodczego, wydzielania hormonów tarczycy, cukrzyca, alergie, niewydolność układu moczowego

- obecny w płytach CD, plombach, plastikach, urządzeniach elektrycznych, smoczki

- uwalnia się z opakowań uszkodzonych termicznie, mechanicznie

- dawka dopuszczalna 0,05mg/kg m.c

- zakaz stosowania w produktach dla dzieci

TVT (tributylocyna):

- impregnat przeciw porostowy

- migruje do wody → zwierzęta morskie → ludzie

- osadza się w osadach dennych → bakterie beztlenowe → związek bardzo toksyczny

- wywołuje zjawisko imposex – przybieranie cech żeńskich przez organizmy męskie

- zakaz stosowania

Atrazyna:

- herbicyd

- długo się utrzymuje i łatwo migruje

- wywołuje zanikanie cech męskich

Związki homoorganiczne:

- zmniejszają łatwopalność

- zawarte w meblach, tapicerkach, dywanach

- łatwo wnikają do kurzu i tłustej żywności

- upośledzenie pracy tarczycy i układu moczowo – płciowego

Ftalony (PCV):

- substancje zmiękczające

- sprzęt medyczny, elementy elektroniczne, zabawki, farby, lakiery

Perfluorooktany:

- substancje emulgujące, powierzchniowo czynne

- środki zabezpieczające przed zmoknięciem, przystaniem tłuszczu, zabrudzeniem, opakowania do żywności

Parabeny:

- środki konserwujące, zabezpieczające przed rozwojem mikroorganizmów

- dezodoranty, cienie do powiek, żele pod prysznic

Zanieczyszczenia żywności:

Zanieczyzczenia techniczne – substancje obce, które w toku produkcji lub obrotu przenikają do środków spożywczych albo pozostają na ich powierzchni, mimo zastosowania prawidłowych metod produkcji

Zanieczyszczenia przypadkowe – substancje które przedostały się do środków spożywczych w sposób niezamierzony lub znajdują się na ich powierzchni w skutek nieprzestrzegania zasad higieny

Rodzaje zanieczyszczeń:

1.chemiczne

- środowiskowe (pestycydy, nawozy, metale)

- technologiczne (środki czystości, leki, enzymy)

2. fizyczne

- mechaniczne

- promieniotwórczość

3. biologiczne – bakterie, pleśnie, pasożyty, szkodniki

Fałszowanie żywności polega na:

- zmianie składu artykułu

- ukryciu wad jakościowych

- ukryciu rzeczywistego składu

- podaniu nieprawdy na opakowaniu

- służy maksymalizacji zysków

Żywność zafałszowana jest:

- mniej wartościowa pod względem składników chemicznych i właściwości biologicznych

- może być niebezpieczna dla zdrowia i życia konsumentów

Najczęściej fałszuje się oleje, wina, miody, soki, używki, przyprawy, wędliny, pieczywo, ryby, sery masło

Sposoby oszukiwania klientów:

- etykieta wprowadzająca w błąd

- stosowanie nazw bliskoznacznych

- zastąpienie surowca innym o mniejszej jakości

- pochodzenie geograficzne lub użycie innego sposobu wykonania

Surogat – rzecz o charakterze zastępczym, używana jako substytut innej rzeczy

MOS – monoksygenazy o funkcji mieszającej – kompleks enzymatyczny składający się z cytochormu P 450 oraz lipidów. Zlokalizowane są w błonach retikulum, jądrach lub mitochondrium. Do funkcjonowania MOS potrzebny jest NADP i tlen.

Reakcje katalizowane przez MOS to reakcje utleniania gdzie jeden atom tlenu jest redukowany do wody zaś drugi wbudowywany do substratu

Cytochrom –P 450 – rodzina enzymów wykazujących aktywność monooksygenazy:

- największa aktywność w wątrobie i rdzeniu nadnerczy

- nie stwierdzono obecności w erytrocytach i mięśniach szkieletowych

- białka związane z błoną retikulum endoplazmatycznego oraz wewnętrzną błoną mitochondrialną

- zawierają hem – grupa prostetyczna

- katalizuje reakcję hydroksylacji: RH+O₂+NADPH+H⁺→ROH+H₂O+NADP⁺

- ważny element w metabolizmie ksenobiotyków

- katalizuje również epoksydację, dealkilację, oksydacyjną deaminację, N i S oksydację i dehalogenację

- bierze udział w detoksykacji alkoholowej

- wszystkie te reakcje wymagają tlenu i NADPH

- większość form cytohromu P 450 wykazuje niską specyficzność do substratu, katalizując przemianę wielu różnych substancji, także takich, z którymi organizm nie miał kontaktu w rozwoju filogenetycznym

Działanie cytochromu P 450 mogą hamować cyjanki, pestycydy, tlenek węgla.

Mechanizm redukcji cytochromu P450 związanego z błonami retikulum endoplazmatycznego i z wewnętrzną błoną mitochondrialną jest różny. W błonach retikulum endoplazmatycznego elektrony są przekazywane bezpośrednio z NADPH na cytochrom, przy udziale kompleksu reduktazy NADPH-cytP450 będącego flawoproteiną, zakotwiczoną w jednej warstwie błony łańcuchem hydrofobowym. Dla niektórych form cytochromu P450, przy przekazywaniu drugiego elektronu w cyklu może brać udział cytochrom b5 i reduktaza cytb5-cytP450, będąca również flawoproteiną. W wewnętrznej błonie mitochondrialnej, elektrony z NADPH na cytochrom P450 przekazywane są poprzez peryferyjne w stosunku do błony białka reduktazę NADPH-adrenodoksyna i adrenodoksynę.

Kofeina – należy do alkaloidów

Nasiona kawy – 0,3 – 2,5%

Liście herbaty – 1,2 – 4,5%

Nasiona kakaowca – 0,3%

Tabletki pobudzające – 100mg

Tabliczka czekolady – 30mg

Filiżanka kawy – 90 – 120mg

Herbata czarna – 50 – 80mg

Coca – cola – 80mg

Kofeina:

- przyspiesza proces myślenia – wydzielanie dopaminy

- przedawkowanie – brak koncentracji

- rozszerza naczynia krwionośne

- śmiertelna dawka – 200mg/kg m.c

Podczas palenia kawy skrobia zamienia się w cukier, powstają substancje toksyczne

Narkotyki – środku odurzające pochodzenia roślinnego lub syntetycznego, mogą powodować euforię, senność, ból, zmęczenie

Narkotyki starego świata:

- opium – morfina

- alkohol

- wyciąg z muchomora czerwonego

- bieluń dziędzierzawa

Narkotyki współczesne:

- kokaina

- nikotyna

- napar z mimozy

- halucynogeny z grzybów

Narkotyki współczesne:

- LSD

- amfetamina

- benzodiazepiny

- barbiturany

Podział:

Środki tłumiące (heroina, morfina, opium)

- halucynogenne

- opiaty

- środki pobudzające

Alkohol etylowy – związek chemiczny który wchłania się w ciągu 5 – 10 minut po spożyciu, w 90% trawiony jest przez enzymy w wątrobie. Max. Stężęnie po 60 – 90 min.

Porcja standardowa 10g czystego alkoholu etylowego. Na rozłożenie jednej porcji potrzeba ok. godziny.

Enzymy metabolizujące alkohol – dehydrogenaza alkoholowa (ADH), utlenia go do aldehydu octowego

MEOS – mikrosomalny system utleniania etanolu: wymaga NADPH+H; O₂;NADPH; cytochromu P-450, przy dużym stężeniu we krwi

Akumulacja tracylogliceroli → cholesterolu → stłuszczenie wątroby → marskość wątroby

Stres oksydacyjny – zaburzenie równowagi między tworzeniem wolnych rodników a procesem antyoksydoredukcyjnym

Peroksydacja lipidów – utlenianie lipidów i błony komórkowej